这些材料实在是过于聪明 - 彭博社

“智能”材料在材料科学家中非常流行。研究人员梦想着能够自我检查并在需要维修时发出警告的桥梁，以及能够根据速度变化或战斗损伤而改变形状的飞机机翼。

现在，空军和一小群研究人员正在为这一新兴领域增添一个新维度：智能加工。从某种意义上说，这将使材料在成为桥梁或机翼之前变得聪明：它们甚至会帮助自己形成产品。

基本的想法是确定在温度、压力和时间等因素中，哪些关键变量对制造高质量零件至关重要。前空军怀特实验室制造研究技术主任、现为民间顾问的史蒂文·R·勒克莱尔表示，目标是建立一个过程的“行为网络”。这些数据可以被编码在一个所谓的专家系统中，该系统将自主控制生产。如果过程的参数可以减少到最低限度，那么一台小型计算机就可以实时管理生产。

到目前为止，大部分工作都是针对需要在模具或烤箱中进行高温加工的塑料和复合材料进行的，尽管定性过程自动化（QPA）也可以应用于金属零件。空军在1986年启动了其QPA项目，旨在降低用于A-10攻击机机翼前缘的石墨增强环氧复合材料的成本，这种飞机在伊拉克被用于打击坦克。这些U形机翼部分中最大的长6英尺，宽16英寸。为了确保零件坚固可靠，它们被烘烤了七个小时。勒克莱尔认为这时间过长，主要是因为生产工程师没有时间或金钱去尝试所有可能的替代方案。即使是处理多个因素的计算机模拟，每个因素随时间变化，也很快会陷入计算的泥潭。此外，工厂工程决策必须依赖间接数据：例如，烤箱内部的温度。但这仅仅表明施加在零件上的热量，而不是复合材料的反应及其硬度。

直接监测材料在加工过程中的属性通常是不可能的，LeClair说，因为“我们没有合适的传感器。”因此，研究人员必须依赖于测量某些东西的传感器，从中进行推断。例如，为了评估硬度，超微型介电传感器被嵌入复合材料中，因为材料的电阻在固化时会发生变化。细线将传感器读数传送到计算机，研究人员所学到的知识带来了巨大的回报：一个智能控制程序将A-10机翼部分的固化周期缩短了超过75%。位于圣地亚哥的通用动力公司Convair部门现在可以在100分钟内制造这些部件。

项目CURE。由于加工时间在几乎所有制造中都是一项重大成本，其他公司也开始关注。固特异轮胎和橡胶公司启动了一个名为项目Cure的智能轮胎项目，可能涉及在橡胶中嵌入光纤传感器。固特异希望将固化成本降低5%到10%：“我们会为这种节省而感到兴奋，”固特异过程研究实验室应用数学负责人罗伯特·本尼迪克特说。赫克勒斯公司是几家复合材料制造商之一，已经关注到这一概念。杜邦公司的科学家们开发了一种“秤”，可以感知每平方厘米十亿分之一克——这为监测几原子厚的薄膜沉积提供了可能。

卡内基梅隆大学已经证明QPA方法也适用于金属部件。卡内基梅隆的空军资助在完成自主机床的工作之前就耗尽了，但研究人员确实开发了程序，使配备视频摄像头“眼睛”和机器人手的铣床能够更换自己的切削工具——并在制造一个部件和另一个部件之间切换。

对于空军来说，下一步是将智能表皮的研究与智能处理相结合。“QPA人员和智能表皮人员都必须在部件中嵌入传感器，”位于萨克拉门托的空军物流中心的材料工程师理查德·B·沃诺克说。“如果我们能就一个能够满足我们双方需求的传感器达成一致，我们就可以开始考虑一个从摇篮到坟墓的结构监测系统。”